汽车扭转

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三、切应变 剪切胡克定律 1、切应变 l
a
´
c
´
b
d t
为扭转角 r0 l
r0 即
l
纵轴 T——
T
2r02t
纯剪切单元体的相对两侧面 发生微小的相对错动，
使原来互相垂直的两个棱边 的夹角改变了一个微量γ；
横轴
r0
l
47
2、剪切虎克定律
做薄壁圆筒的扭转试验可得
在弹性范围内切应力 与切应变成正比关系。
切应力与扭矩同向的顺流
51
切应变的变化规律：
Me
pq
Me
pq p
q
d
a
d
c
a' O b
R
p
b′ q
dx
_ 扭转角（rad）
x
d _ dx微段两截面的
相对扭转角
边缘上a点的错动距离：
aa' Rd dx
边缘上a点的切应变：
R d
dx
发生在垂直于半径的平面内。
52
p
q
d
ae
d
c
a ' e′O b
③ 结论：①圆筒表面的各圆周线的形状、大小和间距均未改 变，只是绕轴线作了相对转动。
②各纵向线均倾斜了同一微小角度 ,仍为直线。
③所有矩形网格均歪斜成同样大小的平行四边形。
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表明： 当薄壁圆筒扭转时，其横截面和包含轴线的纵向截
面上都没有正应力； 横截面上便只有切于截面的切应力；
41
2、切应力分布规律假设
Me2
Me1
n
Me3
从动轮
主动轮
从动轮
求： 作用在该轮上的外力偶矩Me。

扭转扭矩图例题很多人对于扭转扭矩图并不是很了解，如果您想了解扭力图也是可以的，那么可以查看一下扭转轴的旋转速度以及旋转方向就可以了。

扭力图能够显示出汽车的扭力大小，也能够反映出汽车在运转时的状态。

现在知道扭转轴的旋转速度以及旋转方向与汽车的发动机转速是有关系的。

那么车辆应该在什么转速范围内旋转呢？这个问题是很多人在解这一问题时需要参考很多数据。

但是对于没有太多数据经验的朋友来说，往往在选择答案时会参考扭力图这种数据图。

扭力轴上有很多轴承、螺栓、螺母等等机械部件在转动时会产生很大的轴向力，这种轴向力是在正常情况下产生的很小范围内扭力，所以在选择扭力轴产品时就需要参考这种扭力图来判断。

1.将汽车中的发动机转速调到在5400转/分左右，并添加适量的汽油。

如果汽车中没有汽油，则需要使用普通汽油。

但是汽车中所有的汽油都必须要加在一起。

为什么需要加汽油呢？是因为某些润滑油可能在不加油情况下已经变质失效了。

所以如果油位太低，无法加到适当的汽油，那么可能导致汽车无法正常运行。

2.当将汽车中发动机的扭矩提升到610 Nm/min左右时，拧紧扳手调节发动机上的节气门和点火线圈。

发动机在运转中，发动机的旋转转速大约为650~700 rpm/min,此时应该在旋转的同时给发动机施加一定的力来进行运转，主要作用在油路上，发动机上固定的凸轮轴轴就会产生转动扭矩。

当转动达到最大扭矩时可以获得很大的离心力作用，将会使轴向力矩增大到很大。

此时应对发动机进行调速以确保其能达到最大扭矩使转速维持在此范围内。

在这种情况下应保持各缸的供油时间与原来相同。

当发动机上的扭力提升到570 Nm/min左右时应该将发动机上的点火线圈更换为正时系统，然后调整气门、点火线圈等部件。

当汽车中速运行时发动机转速为850~880 rpm/min时可以获得更多的扭矩，可以提升到710 Nm/min左右或者更大一些。

此时应该改变节气门的开启角度为840 rpm;同时也可以改变点火线圈绕轴旋转的角度为60~90°；但是此时点火线圈也要调整至490 rpm或更大一些才能得到更大的扭矩。

此时轴的扭矩图如图2-40。
Tn
可见轴内的最大扭矩值比原来减小了。因此，传动轴上 主动轮和从动轮安装位置不同，轴所受的最大扭矩也就 不同，显然，两者相比后者较合理。
3.扭转时的应力分析 取一等截面圆轴如图2-41 ，在其表面上画四条
圆周线和四条与轴线平行的线。然后，在其圆轴 两端分别作用一外力偶矩M，使圆轴产生扭转变 形。
MO Fn Fnh Fnr cos 56.4N m
例2-7 如图2-37所示为一等截面齿轮轴，已 知轴的转速n=955 r/ min，主动轮A的输入功 率P1=68 kW，从动轮B、C的输出功率分别是 P2=46 kW和P3=22 kW。求轴上各截面的扭 矩，并画出扭矩图。
图2-37 例2-7图
图2-41 圆轴的扭转变形
在变形微小的情况下，可观察到如下现象： 1）纵线倾斜了相同的角度，原来轴表面上的
小方格变成了歪斜的平行四边形如图3-32b； 2）圆周线围绕轴线旋转一个微小的角度，圆
周线的长度、形状和两圆周线间的距离均保持 不变； 3）轴的直径和长度都没有改变。
圆轴扭转的平面假设 ：原为平面的横截面变 形后仍保持为平面，只是各横截面相对地转过 了一个角度。
扭转变形的受力特点：杆件受到一对大小相等 、转向相反、作用面垂直于杆件轴线的力偶作 用。
变形特点：两力偶作用面之间的各横截面都绕 轴线产生相对转动。
扭转角：任意两横截面相对转过的角度，称为 扭转角，用φ表示。 如图2-34。
图2-34 扭转变形
2.3.2 内力分析与应力分析
1.外力偶矩的计算
向垂直，其大小与该点到圆心的距离成正比。如图 2-42。图a为实心轴截面，图b为空心轴截面
图2-42 圆轴扭转时切应力分析

各品牌车身扭转刚度列表扭转刚度是汽车的关键参数，用以衡量将车身框架扭转1度需要施加多少力。

数值当然是越大越好。

以消费者的角度看，高扭转刚度车身的好处是什么？在过弯时，它让你觉得“牢靠”，尤其是地面凹凸不平的时候。

当车身受到悬挂传来的外力，它扭转的程度更小，因此车舱感受到的异响和晃动也会相对更小。

因为有这些好处，豪华车和运动车往往具备更高的扭转刚度。

不幸的是，许多制造商不会公布这些数据，即便他们的产品本身扭转刚度非常好。

有些制造商会公布这些数据，但并不宣扬，或以此作为卖点。

数据来源都有据可查。

比如欧美汽车工业传媒公布的信息（motortrend，car and driver等）；或者工业协会文件（例如SMDI，SAE等）；或者汽车制造商的个人采访。

有些数据是根据多方信息推导而来，并不保证100%正确。

数据单位 Nm/deg 牛米/度AcuraAcura MDX –2014 model 12.4% more than 2013 model, 2007 model 20% better than 2006 model, 2003 model 35% more than 2002 modelAcura RDX – 2008 model (39% HSS) exceeds 2007 BMW X3; 2014 model 24% betterAcura RLX (2014) – 47% better than previous RLAcura TL (1998) – 70% better than previous generation Alfa RomeoAlfa Romeo 147 3-door 16,600Alfa Romeo 156 19,200Alfa Romeo 159 31,400Aston MartinAston Martin DB9 Convertible 15,500Aston Martin DB9 Coupe 27,000Aston Martin Rapide 28,000Aston Martin Vantage Roaster 21,000Aston Martin Vantage Coupe 27,273Aston Martin Vanquish 28,500AudiAudi A2 11,900Audi A4 (B7, 2005 – 2008) 22,000Audi A4 (B8, 2009 – ) 23,100Audi A8 (D2, 1997 – 2003) 25,000Audi A8 (D3, 2004 – 2010) 36,000Audi A8 (D4, 2011 – ) 38,230Audi R8 (2014 – ) 40,000Audi TT Coupe Mk1 19,000Audi TT Coupe Mk2 28,500Audi TT Roadster Mk1 10,000BentleyBentley Azure 18,000Bentley Flying Spur (2013) 36,500BMWBMW E30 M3 (race car w/roll cage) 23,500 (data source the same as F80 M3)BMW E36 M3 10,900BMW E36 Z3 5,600BMW E39 5-Series 24,000BMW E46 Convertible 10,500BMW E46 Coupe (w/folding seats) 12,500BMW E46 Sedan (w/folding seats) 13,000BMW E46 Sedan (w/o folding seats) 18,000BMW E46 Wagon (w/folding seats) 14,000BMW E46 M3 GTR (w/roll cage) 46,000 (data source the same as F80 M3)BMW E60 5-Series 24,200 (16,250 from JLR source) (1st bending: 45.6 Hz; 1st torsional: 44.7 Hz)BMW E63 6-Series Coupe 28,000BMW E64 6-Series Convertible 15,000BMW E53 X5 23,100BMW E70 X5 28,000BMW E71 X6 29,000BMW E83 X3 21,400 (w/o panoramic sunroof); 19,000 (w/ panoramic sunroof)BMW E85 Z4 16,000BMW E85 Z4 Coupe 32,000BMW E85 Z4 M 16,000BMW E85 Z4 M Coupe 32,000BMW E52 Z8 10,500BMW E90 3-Series 22,500BMW E90 3-Series Convertible 15,750BMW F07 5GT 31,500 (w/o sunroof); 27,500 (w/ sunroof)BMW F10 5-Series 30,200 (bending 9,300)BMW F12 6-Series Convertible 22,500BMW F13 6-Series Coupe 43,000BMW F15 X5 29,400BMW F25 X3 30,000 (w/o sunroof); 26,000 (w/ sunroof)BMW F30 3-Series 29,300BMW F80 M3 40,000BMW E65 7-Series (2002 –2008) 31,200 (1st bending moment: 26 Hz, torsional moment: 29 Hz)BMW F01 7-Series (2009 – ) 37,500BugattiBugatti EB110 19,000Bugatti Veyron 60,000Bugatti Veyron Grand Sport 22,000BuickBuick Enclave (2008 – ) 25,900CadillacCadillac ATS (2013 – ) 29,000 (1st bending mode: 30.7 Hz)Cadillac CTS Sedan (2008 – 2013) 19,143Cadillac CTS Sport Wagon (2012 – 2014) 18,416 (3.8% less than sedan)Cadillac CTS (2014 – ) 26,800Cadillac CT6 (2016 –) 36,600 (1st bending mode: 31.5 Hz) Link 1Link 2ChevroletChevrolet Camaro Convertible (2011 – 2015) 18 Hz (torsional, dynamic), 21 Hz (bending, dynamic)Chevrolet Cobalt 19,300Chevrolet Corvette C5 9,100Chevrolet Corvette C7 (2014 – ) 14,500Chevrolet Cruze 17,660Chevrolet Malibu (8th-gen, 2013 –2016) 23,000 (w/o moonroof)Chevrolet Malibu (9th-gen, 2016 -) 23,600 (w moonroof) ChryslerChrysler 300 (LX platform, 2005 – 2010) 17,897 (13,200 lb-ft/deg, 1st torsional moment: 40 Hz, 1st bending moment: 48 Hz)Chrysler 300M (LH platform, 1999 – 2004) 16,948 (12,500 lb-ft/deg)Chrysler Crossfire 20,140Chrysler Durango (not the latest generation) 6,800Chrysler Pacifica (2017 – ) 22,900 (1st torsional mode: 30.5 Hz; 1st bending mode: 37.6 Hz)Chrysler Sebring Convertible (FJ/JX, 1996 – 2000) 4,400Chrysler T own & Country (5th-gen, 2008 – 2016) 12,200 (1st torsional mode: 26.9 Hz; 1st bending mode: 32.2 Hz)DaewooDaewoo Lanos (1999 – 2002) 10,500Daewoo Nubira (1999 – 2002) 14,500DodgeDodge Neon (1st gen, 1995 – 1999) 6,000Dodge Neon (2nd gen, 2000 – 2005) 8,300Dodge Viper Coupe (2008 – 2010) 7,600Dodge Viper GTS-R 25,082Dodge SRT Viper (2013 – ) 11,400FerrariFerrari 355 10,000 (bending 7,100)Ferrari 360 Modena 23,000 (bending 10,100)Ferrari 360 Spider 13,800Ferrari 430 27,600Ferrari 430 Convertible 10,200Ferrari 458 33,120Ferrari 458 Spider 23,184 (70% of the Coupe)Ferrari 550 Barchetta Pininfarina 14,711Ferrari F50 34,600FIATFIAT Bravo 10,800FIAT Tempra Sedan 6,700FIAT Brava 9,100FIAT Bravo 10,600FiskerFisker Karma 35,000 (bending: 23,000)FordFord Fiesta 3-door (3rd gen, 1989 – 1997) 6,500Ford Focus 3-door 19,600Ford Focus 5-door 17,900Ford Fusion (2010 – 2012) 17,453 (1,000 kNm/rad)Ford Fusion (2013 – ) 19,286 (1,105 kNm/rad)Ford GT 27,100Ford GT40 MkI 17,000Ford Maverick 4,400Ford Mustang 2003 16,000Ford Mustang 2005 21,000Ford Mustang Convertible (2003) 4,800Ford Mustang Convertible (2005) 9,500GenesisGenesis G80 (2017 -) 39,400 (bending 11,600)Genesis G90 (2017 – ) 42,930GMCGMC Acadia (2007 – ) 25,900HoldenVE Commodore: 50% higher than VZVF Commodore: 5-6% higher than VEHondaHonda Accord Coupe (2008) – 20% better than 2007 model Honda Accord Sedan (2008 – 2012, 8th-Gen) 16,440 (actual test), 21,667 (CAE simulation)Honda Accord Sedan (2013 – present, 9th-Gen) 23,345Honda Civic Hatchback (6th-Gen, EK) 10,700Honda Civic Sedan (NA market 9th-Gen, 2012 – 2015) 28,800 (N/mm –attention: N/mm is different than nm/deg) Honda Civic Sedan (NA market 10th-Gen, 2016 –) 35,975 (N/mm)Honda Odyssey (5th-gen, 2018 – ) +44% from 4th-genHonda Ridgeline (2nd-gen, 2017 – ) + 28% from 1st-genHonda S2000 (1st-Gen, AP1) 7,100HyundaiHyundai Genesis Coupe (2010 – ) 22,500Hyundai Genesis Sedan (2009 – 2014) 33,966Hyundai Genesis Sedan (2015 -) 39,400 (bending 11,600)Hyundai Sonata (2006 – 2010) 14,600Hyundai i40/Sonata (US market) (2011 – ) 35,300InfinitiInfiniti G Sedan (2003 – 2006) 46.6 Hz (1st bending), 55.6 (1st torsional)Infiniti G Sedan (2007 – 2013) 23,000Infiniti M Sedan (2006 – 2010) 52 Hz (1st bending), 58.1 (1st torsional)JaguarJaguar F-Type Convertible (2014 – ) 18,000Jaguar F-Type Coupe (2015 – ) 33,000Jaguar X-Type Estate 16,319Jaguar X-Type Sedan 22,000Jaguar XF (X250, 2007 – 2015) ~17,300Jaguar XF (X260, 2016 – ) 22,000 (28% higher than X250)Jaguar XJ (X350, 2004 – 2009) 21,700Jaguar XK (X100, 1996 – 2006) 16,000Jaguar XKR-S Coupe (X150, 2011 – ) 28,400Jeep Grand Cherokee (WK2, 2010-) 23,000 (bending stiffness:10,200 N/mm)KoenigseggKoenigsegg 28,100Koenigsegg Agera 58,000Koenigsegg Agera R 65,000Koenigsegg CC8 28,100LamborghiniLamborghini Gallardo 23,000LamborghiniMurcielago 20,000Lamborghini Aventador 35,000Lamborghini Countach 2,600Lamborghini Gallardo Super Trofeo Stradale 35,000Land RoverLand Rover Freelander 2 28,000Land Rover Range Rover (L322, 2003 – 2012) 32,000 LexusLexus LFA 39,130Lexus LS460 – 2013 model 60% more than 2012 model LincolnLincoln Continental (2017 – ) 30,712 (1,760 kNm/rad, base roof), 20,766 (1,190 kNm/rad, w/dual-panel moonroof) LotusLotus 33 3,253Lotus Elan 7,900Lotus Elan GRP body 8,900Lotus Elise 10,000Lotus Elise 111s 11,000Lotus Elise S2 Exige (2004) 10,500Lotus Esprit SE Turbo 5,850Lotus Evora 26,600Lotus SID Concept 16,000MaseratiMaserati Coupe/4200 GT 23,000Maserati Quattroporte (5th-gen, M139, 2005 –2013) 31,360MazdaMazda CX-5 (2013 – 2016) 27,000Mazda CX-5 (2017 – ) 31,185 (15.5% increase, source from Mazda press release)Mazda MX-5 (NA, 1990 – 1993) 4,881Mazda MX-5 (NA, 1994 – 1998) 5,152Mazda MX-5 (NB, 1999 –2000) 5,219 (+1.3% torsional; +7.6% bending; +35% dynamic torsional)Mazda MX-5 (NB, 2001 – 2005) 6,367 (16-in wheels: +22% torsional; +16% bending); 5,532 (15-in wheels: +6% torsional; +13% bending);Mazda MX-5 (NC, 2006 – 2008) 8,132 (+47% torsional; +22% bending. See press release)Mazda RX-7 (FB) 9150Mazda RX-7 (FC) 10500Mazda RX-7 (FD) 15000Mazda RX-8 30,000McLarenMcLaren F1 13,500LexusMG ZT 24,000MG MGF 7,100MG MGTF 8,500Mercedes-BenzMercedes R230 SL-class (2006) 17,000 (top down), 21,000(top up)Mercedes R230 SL-class (2012) 16,399Mercedes R231 SL-class (2013) 19,400Mercedes W212 E-class 29,920Mercedes W221 S-class 27,500Mercedes W222 S-class 40,500MINIMINI Cooper (2003) 24,500MINI Cooper Convertible (1st gen) 9,000NissanNissan Maxima (8th-gen, A36, 2016 – ) 25%+ (7th-gen base), 6%+ (7th-gen sport) sourceNissan Micra 3-door (K11, 1992 – 2003) 4,000Nissan Sunny (B14, 1993 – 1998) 8,200Nissan Prairie (M11, 1988-1998) 7,500OpelOpel Astra G 3-door (1998 – 2004) 10,500Opel Astra G 5-door (1998 – 2004) 11,700Opel Astra G Sedan (1998 – 2004) 11,900Opel Corsa B 3-door (1993 – 2000) 6,500Opel Corsa C 3-door (2000 – 2012) 8,000Opel Omega B2 (1999 – 2003) 13,000Opel Vectra A 6,000Opel Vectra B 12,000Opel Vectra C 18.000PaganiPagani Zonda C12 S 26,300Pagani Zonda F 27,000Pagani Zonda Roadster 18.000PorschePorsche 911 Cabriolet 991 (2012) 11,699Porsche 911 Carrera GT 26,000Porsche 911 Carrera Type 997 33,000Porsche 911 Coupe 991 (2012) 30,359Porsche 911 Turbo (2000) 13,500Porsche 911 Turbo 996 27,000Porsche 911 Turbo 996 Convertible 11,600Porsche 959 12,900Porsche 987 Cayman 31,500Porsche Carrera GT 26,000RenaultRenault Sport Spider 10,000Renault Twingo I (1993 – 2007) 14,200Rolls-RoyceRolls-Royce Phantom 40,500RoverRover 600 20,800 (1st torsional vibration: 60 Hz) SaabSaab 9-3 Convertible (2008 – 2012) 11,500Saab 9-3 Sport Sedan (2008 – 2011) 22,000Saab 9-3 SportCombi (2008 – 2011) 20,548 SaleenSaleen S7 45,000SaturnSaturn Outlook (2007 – 2009) 25,900SubaruSubaru Impreza WRX (2nd-Gen, 2002 – 2007) 23,000 Subaru Impreza (4th-Gen, 2012 – ) 24,500TeslaTesla Model S 19,000, 1st torsional moment: 42 HzToyotaToyota Celica (T230, 2000 – 2005) 13,600Toyota Corolla 3-door hatchback (E110) 10,500Toyota Mark X (2004 – 2009) 16,000Toyota Starlet (80 Series) 7,600VolvoVolvo S60 (2001 – 2009) 20,000Volvo S60 (2011 –) 29,400 (47% increase of previous generation)Volvo S80 18,600Volvo XC90 (2003 – 2014) 21,400Volvo XC90 (2016 –) 27,392 (28% increase from first generation)VolkswagenVW Beetle (2012 – ) 26,000VW Fox 17,941VW Passat Estate (B6) 23,000VW Passat Estate (B7, European market, 2010 – ) 25,000 Link VW Passat Saloon (B7, European market, 2010 – ) 30,000VW Phaeton 37,000VW Golf IV 3-door 19,600VW Golf IV 5-door 17,600VW Golf V 18,400VW Golf V GTI 25,000VW Touareg (2008 – 2010) 36,900。